Машина

(франц. machine, от латинского machina)

устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. В зависимости от основного назначения (какое преобразование преобладает) различают 3 вида М.: энергетические, рабочие, информационные. Энергетические М., предназначенные для преобразования любого вида энергии в механическую, называются машинами-двигателями. К ним относятся, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, поршневые, паровые М. Распространённым видом энергетических М. являются также электрогенераторы. Рабочие М. подразделяются на технологические и транспортные. В технологических М. под материалом подразумевается обрабатываемый предмет (объект труда), который может находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Преобразование материала в этих М. состоит в изменении формы, свойств, состояния и положения. В транспортных М. под материалом понимается перемещаемый предмет, а его преобразование состоит только в изменении положения. К технологическим М. относятся металлообрабатывающие станки, прокатные станы (См. Прокатный стан), ткацкие станки, упаковочные М., полиграфические машины; к транспортным — автомобили (См. Автомобиль), Тепловозы, Самолёты, Вертолёты, Подъёмники, Конвейеры и др. Информационные М. предназначены для преобразования информации. Если информация представлена в форме чисел, то информационная М. называется счётной, или вычислительной, например арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские М. Электронная вычислительная машина, строго говоря, не является М., так как в ней механические движения служат для выполнения лишь вспомогательных операций (название сохранено за ней в порядке исторической преемственности от счётных М. типа арифмометра).

М., в которой все преобразования энергии, материалов, информации выполняются без непосредственного участия человека, называется машиной-автоматом, или просто Автоматом. Совокупность М.-автоматов, последовательно соединённых между собой и предназначенных для выполнения определённого технологического процесса, образует автоматическую линию (См. Автоматическая линия). М., и в особенности М.-автомат, при правильном её применении облегчает труд человека, увеличивает производительность труда и обеспечивает высокое качество выполнения рабочего процесса. См. также Машин и механизмов теория и литературу при этой статье.

И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский.

Основные определения. В общем виде машина – это устройство, предназначенное для преобразования какого-либо вида энергии в механическое движение

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

СТРОЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ

В общем виде машина – это устройство, предназначенное для преобразования какого-либо вида энергии в механическое движение.

Условно все машины можно разделить на технологические, транспортные, энергетические, информационные, кибернетические.

С помощью технологических машин (например, металлообрабатывающие станки, землеройные машины и т.д.) происходит изменение форм, размеров, свойств, состояния исходных материалов и заготовок, подвергшихся воздействию рабочего (исполнительного) органа машины.

С помощью транспортных машин происходит перемещение грузов по заданной траектории с требуемыми скоростью или ускорением.

В энергетических машинах происходит преобразование энергии (например, электрической в механическую – в станках с электроприводом, тепловой в механическую – в тракторах и автомобилях с двигателями внутреннего сгорания и т.д.).Эти машины бывают двух разновидностей: двигатели, которые преобразуют любой вид энергии в механическую; генераторы, которые преобразуют механическую энергию в энергию другого вида.

В информационных машинах происходит преобразование вводимой информации для контроля, регулирования режима работы машины и управления движением.

Кибернетические машины— машины, управляющие технологическими, транспортными, энергетическими машинами, которые способны изменять программу своих действий в зависимости от состояния окружающей среды

Что называется машинным агрегатом?

Машинным агрегатом называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм и рабочая ( технологическая, транспортная ) или энергетическая машина.

Двигатель и рабочая машина имеют определённые механические характеристики. Они указаны в технических паспортах двигателя и рабочей машины, в том числе число оборотов двигателя в минуту (n₁) и число оборотов главного вала рабочей машины в минуту (n₂):

где – угловая скорость вала, 1/с.

Введём следующие обозначения:

₁ – угловая скорость, с которой вращается вал двигателя;

₂ – угловая скорость, с которой должен вращаться главный вал рабочей машины.

Чтобы привести в соответствие механические характеристики двигателя и рабочей машины, между ними устанавливают передаточный механизм.

Механизм –совокупность подвижных материальных тел, из которых одно закреплено, а все остальные совершают движения в соответствии с определенным законом относительно неподвижного тела.

Звенья – материальные тела, из которых состоит механизм.

Стойка – неподвижное звено механизма.

Обычно за стойку принимают корпус или раму машины, а также все жестко связанные с ними детали. Стойка в механизме всегда одна.

Графическое изображение стойки следующее:

или

Звено, которому сообщается движение от двигателя, называется ведущим.

Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм, называется ведомым.

Отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена называется передаточным числом механизма .

Требуется определить передаточное число механизма.

Передаточное число механизма определится как:

В качестве передаточных механизмовмогут использоваться:

— фрикционные передачи (с использованием трения);

В качестве основных механизмов рабочей машины наиболее часто используют рычажные механизмы.

Рассмотрим кривошипно-ползунный механизм (рис. 1).

Рис. 1. Кривошипно-ползунный механизм:

1 – кривошип; 2 – шатун; 3 –ползун

Если это компрессор, то звено 1 – ведущее, а звено 3 – ведомое.

Если это механизм двигателя внутреннего сгорания, то звено 3 – ведущее, а звено 1 – ведомое.

Кривошип,шатун, ползун – подвижные тела, называемые кинематическими звеньями.

Кинематическимзвеном называется тело или несколько тел, соединенных между собой неподвижно.

Звенья соединяются в механизме с помощью кинематических пар.

Кинематическаяпара– подвижное соединение звеньев, допускающее их относительное движение. Соединение может быть по точке, линии или поверхности.

Поверхность, линия или точка звена, находящаяся в соприкосновении
с другим звеном, называется элементом кинематической пары.

Любой механизм можно представить в виде кинематической схемы, состоящей из кинематических звеньев и кинематических пар. Все кинематические пары на схеме обозначают буквами латинского алфавита, например A, B, C и т. д. Каждому звену присваивают свой номер: номер 1 имеет ведущее звено, номер 0 – стойка и т. д.

Звенья, соединяясь друг с другом, образуют кинематические цепи.

Кинематической цепью называется связанная система звеньев, входящих в кинематические пары.

Например, в кривошипно-ползунном механизме (рис. 1) кривошип 1 образует с неподвижным подшипником, находящимся в стойке, кинематическую пару A, дающую возможность вращения кривошипа относительно стойки 0. Шатун 2 с кривошипом 1образует вторую кинематическую пару B, обеспечивающую вращение этих звеньев относительно друг друга. Шатун 2 с ползуном 3 – третью пару C, благодаря которой шатун и ползун могут поворачиваться друг относительно друга и ползун 3 с направляющими стойки (с неподвижным звеном) образует кинематическую пару D, позволяющую этим звеньям иметь между собой относительное поступательное движение.

Совокупность этих звеньев, связанных кинематическими парами, образует кинематическую цепь, которая определяет данный кривошипно-ползунный механизм.

В основе каждого механизма лежит кинематическая цепь. Но не каждая кинематическая цепь представляет собой механизм, а только та, звенья которой осуществляют движения в соответствии с заданным законом.

Кинематические цепи бывают простые и сложные, открытые и закрытые (замкнутые) (рис. 2).

Рис. 2. Кинематические цепи

В замкнутой цепи каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары, в открытой цепи есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару. В простой цепи каждое звено входит не более чем в две кинематические пары; в сложной цепи есть звенья, входящие в три и более кинематические пары.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Энергетическая машина

• Энергетическая машина — устройство, предназначенное для преобразования энергии из одного вида в другой. Энергетические машины бывают двух разновидностей.

* Двигатели — преобразуют любой вид энергии в механическую (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, паровые машины, гидротурбины);

Генераторы — преобразуют механическую энергию в энергию другого вида (электрогенераторы, поршневые компрессоры, механизмы насосов).Во всех реальных энергетических машинах, кроме преобразований энергии, для которых применяют эти машины, происходят превращения энергии, которые называют потерями энергии. Степень совершенства энергетической машины характеризует её коэффициент полезного действия. Он равен отношению полезно используемой энергии к энергии, подводимой к данной машине.

Энергетические машины широко применяются в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, строительстве, быту.

Связанные понятия

Использование эне́ргии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду. Общественные формы использования энергии являются решающими для воспроизводства его результатов. В индустриальном и постиндустриальном обществах разработка энергетических ресурсов необходима для сельского хозяйства, транспорта, переработки отходов, развития информационных технологий и телекоммуникаций и других отраслей экономики, развитие которых означает достижение высокого уровня общественного.

В физике механи́ческая эне́ргия описывает сумму потенциальной и кинетической энергий, имеющихся в компонентах механической системы. Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу; это энергия движения и сопровождающего его взаимодействия.

Химические лазеры — разновидность газовых лазеров, в которых источником энергии служат химические реакции между компонентами рабочей среды. Химические лазеры непрерывного действия могут достигать высокого уровня мощности и используются в промышленности для резки и создания отверстий.

Электрические машины: виды, классификация, принципы работы

Электрической машиной принято считать электромеханическое устройство, способное преобразовать механическую энергию в электрическую и обратно. В первом случае происходит выработка электроэнергии (машины являются генераторами), во втором – её потребление ( электродвигатели) . Последние необходимы для того чтобы привести в движение транспортные средства, станки и другие механизмы.
Генераторы и электродвигатели – основная сфера использования электрических машин. Но они могут быть также использованы и в качестве электромеханических преобразователей (умформеров) – агрегатов, которые способны преобразовывать электрическую энергию в различные её формы. Преобразователь постоянного тока в переменный называется инвертором , увеличитель мощности электрических сигналов – электромашинным усилителем, а устройство способное отрегулировать напряжение переменного тока – индукционным регулятором.

Отдельной категорией можно назвать также сельсины – самосинхронизирующиеся индукционные машины, которые обеспечивают возможность вращения нескольких осей независимо друг от друга с точки зрения механики. Такие устройства используются в электронике, в составе сварочных аппаратов для регулировки их рабочей мощности.

Классификация электрических машин

Коллекторные и бесколлекторные электрические машины

Деление на коллекторные и бесколлекторные электрические машины существует благодаря принципиальным отличиям в принципе их действия.

Коллекторные машины

Коллекторные агрегаты работают только на постоянном токе, поэтому отличительной чертой их конструкции является наличие механического преобразователя, который позволяет получить постоянный ток из переменного или наоборот. Они могут использоваться в качестве двигателя или генератора без необходимости внесения изменений в схему.

Их существенными преимуществами являются отличные пусковые характеристики и возможность плавной регулировки частоты вращения вала. Именно поэтому коллекторные электрические машины постоянного тока нашли очень широкое применение в качестве приводов для прокатных станов, электротранспорта, источников питания для сварочных аппаратов, электролитических ванн. В самолётах, тракторах, автомобилях такие двигатели приводят в движение всё используемое вспомогательное оборудование.

Небольшая группа коллекторных машин небольшой мощности выполняется в виде универсальных двигателей, которые уникальны тем, что могут работать и от постоянного, и от переменного тока.

Бесколлекторные машины

Бесколлекторные агрегаты работают только с переменным током и делятся на синхронные и асинхронные машины. Синхронные машины широко применяются как в качестве генераторов, так и электродвигателей, в то время как асинхронные – в основном служат двигателями.

Принцип работы такого генератора заключается в том, чтобы при помощи привода (двигателя внутреннего сгорания или турбины) через ременную передачу привести в движение ротор генератор. Одновременно в обмотке статора наводится ЭДС (указано стрелками) и благодаря замыканию её на нагрузке в цепи появляется ток.

Когда речь идёт о синхронном электродвигателе, то его работа начинается с подачи тока на обмотку статора. Это приводит к вращению магнитного поля, которое при взаимодействии с полем ротора вырабатывает силу, которая, в конечном счёте, преобразует электрическую энергию в механическую и вращает вал.

В асинхронном электродвигателе при включении обмотки статора в сеть образуется вращающееся с частотой n1 магнитное поле. При этом в обмотке статора и ротора наводится ЭДС. Благодаря тому что обмотка ротора замкнута в ней возникает ток, который взаимодействуя с полем статора создаёт электромагнитные силы Fэм приводящие во вращение ротор двигателя.

Трансформаторы

Трансформатор – электрический аппарат, который представляет собой статическое устройство, преобразующее одну систему переменного тока в другую. Параметры для преобразования могут быть самыми разными: ток, напряжение, частота, число фаз. Но чаще всего в системах электроснабжения используются силовые трансформаторы, которые позволяют изменить величину тока и напряжения (при этом все остальные параметры сети остаются неизменными).

По назначению существует деление аппаратов на трансформаторы силового и специального назначения. Силовые являются одним из основных элементов систем энергоснабжения и используются при транспортировке электроэнергии для получения напряжения требуемого класса.

Специальные же очень разнообразны по своей конструкции и рабочим характеристикам (примером могут послужить сварочные, печные, испытательные трансформаторы). Отдельной их категорией являются автотрансформаторы – однообмоточные аппараты, которые способны изменять величину напряжения в минимальных пределах (когда коэффициент трансформации приближён к 1).

Принцип действия силового трансформатора

Конструктивно аппарат состоит из сердечника, выполненного из листовой электротехнической стали и обмоток 1 и 2 (первичной и вторичной), которые размещены на стержнях и электрически не связаны между собой. К обмотке 1 подключается источник питания, к обмотке 2 – нагрузка (потребитель).

За счёт явления электромагнитной индукции переменный ток i1 создаёт магнитный поток, который замыкается в сердечнике и сцепляясь с обеими обмотками наводит в них ЭДС само- и взаимоиндукции соответственно. При подключении потребителя во вторичной обмотке создаётся ток i2, а на выводах – вторичное напряжение. Разница в напряжениях на вводах и выводах образуется за счёт разного количества витков в 1 и 2 обмотках. Отношение параметров может быть любым.

По количеству фаз существует разделение на одно- и трехфазный трансформатор , по виду охлаждения – на воздушный и масляный, по форме магнитопровода – на стержневой, бронестержневой, броневой, тороидальный. Особенностью трёхфазного от однофазного трансформатора в плане его электрической схемы состоит в том, что схемы трёх отдельных систем объединены в одну.

Трансформаторы и электрические машины в целом являются одними из важнейших элементов любой системы энергоснабжения. Огромное количество технических решений и отдельных видов устройств позволяет решать самые разные задачи во всех сферах деятельности.